Прогрессивные технологии сооружения скважин

ТЕХНОЛОГИЯ НАМЫВА ГРАВИЙНОГО ФИЛЬТРА ПРИ УРАВНОВЕШЕННОМ ДАВЛЕНИИ

При сооружении гравийного фильтра необходимо поддержи­вать репрессию на пласт, при которой обеспечивается устойчи­вость стенок скважины и исключается поступление в обсыпку инородных примесей. С другой стороны, при намыве гравия в жидкостях-носителях, представленных вязкими водогипановыми, полимерными и другими растворами, целесообразно поддержи­вать такую репрессию на пласт, при которой минимизируется поглощение. В случае отличия химического состава жидкости - носителя от пластовой воды, что характерно при использовании компонентов, повышающих вязкость и несущую способность рас­твора, при поглощении происходит кольматация прискважинной зоны водоносного пласта, резко снижающая эффективность строительства и эксплуатации скважины.

Рационально в процессе намыва гравия в интервал формиро­вания обсыпки обеспечивать такую репрессию на пласт, при ко­торой с одной стороны сохраняется устойчивость стенок сква­жины, с другой — минимизируется поглощение жидкости-носи­теля. Сооружение гравийного фильтра при таких режимах полу­чило название технологии намыва при уравновешенном давле­нии.

Под уравновешенным давлением понимают такую репрессию на водоносный пласт, при которой обеспечивается устойчивость стенок скважины и минимизируется поглощение. Как правило, величина репрессии соответствует пластовому давлению. Реко­мендуемая величина репрессии для водоносных пластов разных типов изменяется от 0,03 до 1,5 МПа. Обычно для каждой кон­кретной скважины необходимая репрессия может быть опреде­лена в процессе вскрытия водоносного пласта, расширения сква­жины в интервале формирования обсыпки или при промывке перед закачкой гравия.

При нисходящей фильтрации жидкости-носителя через намы­тый слой гравия в фильтре по мере увеличения его высоты рас­тут фильтрационные сопротивления, потери напора при цирку­ляции, и соответственно — репрессия на водоносный пласт. По­этому основная сложность осуществления технологии намыва гравийного фильтра при уравновешенном давлении заключается в поддержании постоянной репрессии на пласт.

Для различных компоновок поверхностного оборудования ав­тором разработаны три принципиальные схемы поддержания постоянной репрессии на пласт в процессе сооружения гравий­ного фильтра в скважине.

Согласно первой схеме, при закачке гравийной смеси в сква­жину насосами рекомендуется по мере увеличения высоты гра­вийного фильтра уменьшать расход смеси, снижая тем самым потери напора при циркуляции на величину, компенсирующую увеличение потерь напора в гравийном фильтре (рис. 8.46).

Регулировка расхода в нагнетательной 22 магистрали осуще­ствляется изменением подачи насосов блока 26, а также треххо­дового 24 крана, от которого часть жидкости через сброс 25 по­ступает в блок 35 отстойников. Давление в нагнетательной маги­страли, равное потерям напора при циркуляции, контролируется манометром 20

А ї

Е A

Г =1

Е в

Г =1

(8.136)

Р н =

Где Q — подача жидкости-носителя при промывке; А - коэф­фициент линейных сопротивлений; В - коэффициент местных сопротивлений; N — число линейных участков циркуляционной системы поверхностная обвязка - скважина; M — число местных сопротивлений циркуляционной системы поверхностная обвяз­ка — скважина.

После установления расчетной репрессии на пласт давление в нагнетательной магистрали рн регистрируют манометром 20, а расход Q — расходомером 21 и начинают закачку гравия 28. Из бункера 27 с помощью транспортера 29 гравий 28 поступает в смеситель 30. Приготовленная в смесителе гравийная смесь рас­четной концентрации блоком 26 насосов закачивается в интервал 23 формирования фильтра 11 через вспомогательную 2 колонну, распределительный узел 16 и выпускные отверстия 7 к фильтро­вой 8 колонне. Гравий осаждается на забое, жидкость-носитель фильтруется через слой гравийного фильтра 11, уплотняет его и через контрольный 12 фильтр, водоподъемную 10 колонну, рас­пределительный узел 16, кольцевое пространство и сливную 23 Магистраль поступает в блок 35 отстойников.

В процессе намыва гравийного фильтра 11 увеличиваются со­противление циркуляционному потоку, потери напора и репрес­сия на пласт

Г=n г=m и h

Ql;

(8.137)

P Н =

Е A + Е в +^


K Т ИГ

Т Иг +1

Qi2+1,

(8.138)

Р Н =

Е A + Е B

Вы-

Где ит — коэффициент турбулентной фильтрации; кг; кг-

524


ТЕХНОЛОГИЯ НАМЫВА ГРАВИЙНОГО ФИЛЬТРА ПРИ УРАВНОВЕШЕННОМ ДАВЛЕНИИ

Рис. 8.46. Схема поддержания постоянной репрессии на пласт при закачке гра­вийной смеси насосами:

1 — скважина; 2 — вспомогательная колонна; 3 — кольцевое пространство сква­жины; 4 — обсадная колонна; 5 — герметизирующий элемент; 6 — нижний торец герметизирующего элемента; 7 — выпускные отверстия; 8 — фильтровая колонна; 9 — каркас-фильтра; 10 — водоподъемная колонна; 11 — гравийный фильтр; 12 - контрольный фильтр; 13 — отстойник; 14 — сваб; 15 — каверна; 16 — распреде­лительный узел; 17 - датчик давления; 18 — канал связи; 19, 20 - манометры; 21 — расходомер; 22 — нагнетательная магистраль; 23 — сливная магистраль; 24 — трехходовый кран; 25 — сброс; 26 — блок насосов; 27 — бункер; 28 - гра­вий; 29 — транспортер; 30 — смеситель; 31 — центробежный насос; 32 — всасы­вающий шланг; 33, 34 — фильтры; 35 — блок отстойников

Сота гравийного фильтра соответственно в i-ый и i+1-ый мо­менты времени; ®кп — площадь поперечного сечения гравийного фильтра; ft-, QJ+t — подача гравийной смеси соответственно в i-ый и i+1-ый моменты времени.

Для поддержания постоянной репрессии на пласт с увеличе­нием высоты гравийного уменьшают расход гравийной смеси, обеспечивающий снижение потерь напора на величину дополни­тельных потерь напора в гравийном фильтре 11. Изменение рас­хода смеси, обеспечивающего постоянное давление в нагнета­тельной 22 магистрали,

£ A + £ B

I =1 I =1

Qi _

Qi +1

£ a + £ B

K T hI +1

Сумма коэффициентов линейных и местных сопротивлений в

I=n i=m

Циркуляционной системе £ A + £ B может быть выражена со-

I =1 I =1

Гласно формуле (8.136) через расход смеси в процессе промывки Q и давления в нагнетательной 22 магистрали рн

I=n i=m p

£ A + £ B = p-. (8.140)

I =1 I =1 Qn

Высота гравийного фильтра, намываемого за время T между I + 1 и i-ым интервалом, может быть выражена через объем зака­чанного в скважину гравия в единицу времени между интерва­лами I и I + 1

H = —, (8.141)

W кп

Где W — объем закачанного гравия с момента I по момент I + 1.

. (8.142)

Учитывая равенства (8.139) и (8.140) и (8.141), получаем вы­ражение для определения величины абсолютного изменения расхода смеси в единицу времени с I по I + 1

1

Qi +1 = , Qi[9] - pHQ nw К

PHW КП + KTHIQN pHw кп + K ThI +1Q П )

Уравнение (8.142) устанавливает связь между величиной рас­хода смеси в процессе сооружения фильтра и объемом закачан­ного в скважину гравия. В этом случае высота гравийного фильтра в формуле (8.142) выражается через объем закачанного

526
Гравия W и площадь поперечного сечения гравийного фильтра

®кп.

Об окончании гравийной засыпки свидетельствует резкое по­вышение давления в нагнетательной магистрали, вызванное пе­рекрытием выпускных отверстий фильтровой колонны гравием. За время закачки расход смеси уменьшается по сравнению с на­чальным согласно выражению

Qk = , Q_n 2, (8.143)

Rw

V P»w КП

Где Qk - подача в момент окончания закачки; Q — подача при промывке; KТ — средний коэффициент турбулентной фильтра­ции обсыпки; H — высота гравийного фильтра.

При малых глубинах скважин и давлениях нагнетания менее 0,7 МПа; с целью устранения непосредственного контакта абра­зивных частиц с гидравлической частью насоса в нагнетательной магистрали в процессе закачки гравия может быть установлен эжекторный смеситель. При установке в нагнетательной маги­страли между насосом и скважиной эжекторного смесителя методика поддержания постоянной репрессии на пласт несколько отличается от методики, предложенной для схемы закачки смеси насосами при уравновешенном давлении. Отличие заключается в том, что давление нагнетания в случае установки эжекторного смесителя после сопла определяется квадратом скорости истече­ния струи. Давление в нагнетательной магистрали уменьшается по мере сооружения фильтра путем уменьшения расхода жид­кости-носителя, проходящего через сопло эжекторного смесителя в поверхностной обвязке (рис. 8.47).

В процессе сооружения гравийного 10 фильтра увеличивается сопротивление циркуляционному потоку в скважине, приводя­щее к увеличению потерь напора и соответственно к увеличению репрессии.

Для поддержания требуемой репрессии на пласт в процессе закачки в единицу времени уменьшают расход жидкости-носи­теля, проходящей через сопло 21 эжекторного смесителя 20 на величину

QI =i = , QI - , (8.144)

K,rh

I + -

W - + Е a + Е в

2w - г =i г=i

Где Q1+1, Qj — расход жидкости-носителя через эжекторный сме-

527


Ситель соответственно в I+1 и І моменты времени; KТ — коэффи­циент турбулентной фильтрации гравия; H — высота гравийного фильтра, намываемого в единицу времени между I и i+1 момен­тами.

По мере увеличения высоты гравийного фильтра расход жид­кости-носителя постепенно уменьшают до величины

14 15 16 17

ТЕХНОЛОГИЯ НАМЫВА ГРАВИЙНОГО ФИЛЬТРА ПРИ УРАВНОВЕШЕННОМ ДАВЛЕНИИ

Рис. 8.47. Схема поддержания постоянной репрессии на пласт при закачке гра­вийной смеси через эжекторный смеситель:

1 — скважина; 2 — вспомогательная колонна; 3 — эксплуатационная колонна; 4 — Кольцевое пространство скважины; 5 — распределительный узел; 6 — водо­подъемная колонна; 7 — фильтровая колонна; 8 — каркас фильтра; 9 — уровень намываемого фильтра; 10 — гравийный фильтр; 11 — закачные отверстия; 12 — Кондуктор; 13 — датчик давления; 14 — манометр; 15 — регистратор давления; 16 — герметизирующий элемент; 17 — сливная магистраль; 18 — бункер; 19 — Диффузор; 20 — эжекторный смеситель; 21 — сопло; 22 — гравий; 23 — нагне­тательная магистраль; 24 — буровой насос; 25 — всасывающий патрубок насоса;

26 — отстойник

528

Qn_ , (8.145)

1 + -

A + £ Л + £ в

2W c i=1 I =1

Где hp — расчетная высота гравийного фильтра, через который фильтруется нисходящий поток жидкости-носителя.

При больших объемах работ снижение подачи гравийной сме­си не может быть рекомендовано вследствие повышенных затрат времени на сооружение гравийного фильтра в скважине. В этом случае целесообразно использовать третью схему намыва фильт­ра при уравновешенном давлении, согласно которой в на­гнетательной магистрали на поверхности между насосом, кото­рым закачивается смесь, и скважиной устанавливают блок сопро­тивления (рис. 8.48).

Как правило, для поддержания устойчивости стенок сква­жины достаточна репрессия на пласт 0,03—0,05 МПа. В процессе промывки перепад давления на блоке 23 сопротивления устанав­ливают таким образом, чтобы величина репрессии на пласт, ре­гистрируемая манометром 20, составила 0,03—0,05 МПа. Вели­чина репрессии на пласт равна разнице показаний манометра 20 До промывки и в текущий момент времени.

Увеличение сопротивления в поверхностной обвязке и соот­ветственно потерь напора на блоке 23 сопротивления приводит к увеличению давления в нагнетательной магистрали и репресии на пласт. Уменьшение сопротивления в поверхностной обвязке и потерь напора на блоке 23 приводит к уменьшению давления в нагнетательной магистрали и соответственно репрессии на пласт. С ростом расхода промывки величина репрессии на пласт увели­чивается, а с уменьшением расхода — снижается. Изменение со­противления и потерь напора в поверхностной обвязке может обеспечиваться с помощью блока сопротивления, представлен­ного, например, последовательно соединенными вентилями 22.

После установки репрессии на пласт 0,03—0,05 МПа, которая фиксируется показаниями манометра 20, измеряющего избыточ­ное по отношению к давлению до промывки давление на пласт, начинают закачку гравия. Гравиепитатель 26 подает гравий в смеситель, где приготавливается гравийная смесь заданной кон­центрации. Блоком 25 насосов гравийная смесь из смесителя че­рез блок 23 сопротивления подается во вспомогательную ко­лонну и распределительный узел, из которого поступает в интер­вал формирования фильтра 11, где гравий откладывается, а жид­кость-носитель фильтруется через слой уже отложившегося гра­вия и контрольный фильтр и по водоподъемной колонне через

Q к =

529


ТЕХНОЛОГИЯ НАМЫВА ГРАВИЙНОГО ФИЛЬТРА ПРИ УРАВНОВЕШЕННОМ ДАВЛЕНИИ

Рис. 8.48. Схема поддержания постоянной репрессии на пласт при закачке гра­вийной смеси через блок сопротивления:

1 — скважина; 2 — эксплуатационная колонна; 3 — вспомогательная колонна; 4 — Кольцевое пространство скважины; 5 — герметизирующий элемент; 6 — нижний торец герметизирующего элемента; 7 — распределительный узел; 8 — фильтровая колонна; 9 — водоподъемная колонна; 10 — каркас фильтра; 11 — интервал фор­мирования гравийного фильтра; 12 — гравийный фильтр; 13 — сваб; 14 — кон­трольный фильтр; 15 — отстойник; 16 — выпускные отверстия; 17 — выпускные каналы распределительного узла; 18 — датчик давления; 19 — канал связи; 20, 21 — манометры; 22 — вентиль; 23 — блок сопротивления; 24 — сливная магист­раль; 25 — блок насосов; 26 — гравиепитатель; 27 — смеситель; 28 — центробеж­ный насос; 29 — всасывающая магистраль; 30 — блок отстойников; 31, 32 —

Фильтры

Распределительный узел 7 и кольцевое пространство скважины между вспомогательной 3 и эксплуатационной 2 колоннами под­нимается на поверхность, откуда через сливную 24 магистраль поступает в блок 30 отстойников.

В процессе закачки высота гравийного фильтра 12 увеличива­ется, возрастают сопротивления фильтрации жидкости через слой уже отложившегося гравия, потери напора при циркуляции и величина репрессии на пласт. При достижении репрессии на пласт верхнего допустимого предела 0,05 МПа уменьшают по­тери напора при циркуляции за счет уменьшения сопротивления потоку в блоке 23 сопротивления при постепенном открытии вентилей 22. Уменьшение перепада давления на блоке 23 сопро­тивления осуществляют до тех пор, пока величина репрессии на пласт не достигнет нижнего допустимого предела 0,03 МПа, фик­сируемого манометром 20.

В процессе закачки за счет увеличения высоты гравийного фильтра 12 увеличиваются потери напора в нем и соответст­венно репрессия на пласт. Для стабилизации перепада давления на пласт уменьшают перепад давления на блоке 25 сопротивле­ния до нижнего допустимого предела и т. д. Таким образом, уве­личение потерь напора при циркуляции за счет образования гра­вийного фильтра 12 в процессе закачки компенсируется умень­шением потерь напора в поверхностной обвязке на блоке 23 со­противления, а величина репрессии на пласт поддерживается постоянной в допустимом интервале 0,03—0,05 МПа.

Прогрессивные технологии сооружения скважин

ИЗОЛЯЦИЯ ПЛАСТОВ

В процессе сооружения высокодебитных скважин различного назначения повышаются требования к изоляции пластов. Прони­цаемые пласты сложены обычно трещиноватыми или обломоч­ными породами, песками, цементирование которых традицион­ными методами затруднительно. В процессе бурения ствол …

ОПЕРАТИВНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕБИТА СКВАЖИН

В процессе сооружения, опробования или ремонта скважин часто необходимо оперативно определить дебит скважины, оце­нить гидродинамическое состояние околоскважинной зоны пла­ста, обсыпки и фильтра. Традиционно такие данные можно по­лучить при откачке, которая …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.